JCCAD实现《建筑工程抗浮技术标准》抗浮稳定验算功能介绍

刘华

中国建筑科学研究院有限公司北京构力科技有限公司 北京 100013

[摘要] 《建筑工程抗浮设计标准》JGJ476-2019（以下简称《抗浮标准》）已经颁布并于2020年3月1日实施，对于抗浮工程或者抗浮设计做出了相应规定，PKPMv5.1.2.1版开始JCCAD对该规程相关内容作了全面实现，本文主要介绍该版本JCCAD实现《抗浮标准》抗浮验算的操作流程。

[关键词] 抗浮设计；JCCAD；抗浮稳定安全系数；

1 用JCCAD进行抗浮稳定验算的基本流程

用JCCAD进行抗浮稳定验算的基本流程如下：

图错误!文档中没有指定样式的文字。 JCCAD抗浮稳定验算流程

2 抗浮工程设计等级

《抗浮标准》3.0.1条规定抗浮工程的抗浮设计等级，该等级会影响后续抗浮安全系数、抗浮力组合系数、抗浮重要性系数、裂缝控制等级等内容，对抗浮稳定验算、抗浮结构和构件的承载力计算及抗浮构件的设计都会产生影响。

程序在“参数”“荷载工况”菜单下设置“抗浮工程设计等级”下拉选择项，进行抗浮工程的计算及设计之前，用户需要根据《抗浮标准》表格3.0.1及工程实际情况在此设置合适的抗浮设计等级。

图1 抗浮工程设计等级输入

3 抗浮稳定安全系数

抗浮工程进行抗浮稳定性验算，需要设置“抗浮稳定安全系数”。《抗浮标准》3.0.3规定抗浮工程的抗浮安全系数值，该值与表格《抗浮标准》表格6.1.3直接决定抗浮工程的抗浮验算结果的状态是“稳定”还是“不稳定”。

程序在“参数”“荷载工况”菜单增加“抗浮稳定安全系数”交互输入框，默认值按《抗浮标准》表格3.0.3取值，该值与“抗浮工程设计等级”联动，用户可以手工修改。

图2 抗浮稳定安全系数输入

4 输入浮力

按《抗浮标准》6.1及6.2节相关内容，水浮力计算应该包含：抗浮设防水位高程与地下结构底板底面高程水位差产生的静水压力，承压水压力扣减承压水层顶面与地下结构底板间隔水层浮重度自重差压力（承压水压力），稳态渗流在渗流反方向上地下结构对应外墙之间水位差形成的静压力（渗流水压力）。

静水压力Fw：程序默认自动计算，需要在“参数”“荷载工况”“历史最高水位（抗浮设计水位）”里输入抗浮水位的标高。该标高是相对标高，相对于整个计算模型与整个计算模型（PM模型及基础模型）取相同的正负零。值得一提的是《抗浮标准》第5章详细阐述了抗浮设防水位的确定方法，考虑的因素比较多且比较复杂，工程师在抗浮设计的时候需要根据工程实际综合考虑。程序计算静水压力采用如下方法：

Fw=（历史最高水位（抗浮设防水位）标高-基础底标高）*10

图3 抗浮水位输入

用户可以在“筏板”“布置”“筏板荷载”菜单下选择“水浮力-抗浮水”工况查看和编辑程序自动计算的静水压力值。

图4 静水压力编辑与查看

承压水位压力Ffc与渗流水压力Ffs：如果工程中存在这两种水压力，用户可以在“筏板荷载”菜单下，选择“水浮力-抗浮水”工况，在荷载定义列表里选择相应的水浮力，然后点“修改”，在弹出的荷载定义对话框输入承压水压力或者渗流水压力。

图5 承压水压力与渗流水压力输入

程序按《抗浮标准》公式6.2.4计算抗浮工程的浮力：

∑Ft=Fw+Ffc+Ffs

5 输入抗浮力及抗浮组合系数

按《抗浮标准》6.3.1，抗浮工程使用期的抗浮力主要包括以下作用的组合值：

1）包括地下结构底板在内的结构自重;

2）结构上部、地下结构底板外挑结构上的填筑材料自重;

3）地下结构底板和上部结构上的固定设备及永久堆积物的自重;

4）与地下结构连接的结构或构件提供的抗拔力。

同时，《抗浮标准》6.3.7对于不同抗浮力规定了不同的抗浮组合系数。

JCCAD可以输入以上所有的抗浮力，同时，在“参数”“荷载组合”里自动生成抗浮验算组合。按表格6.3.7，通常分抗浮稳定有利和不利两个组合，丙级抗浮工程因为有利和不利两种情况的组合系数一样，所以对于丙级抗浮的工程一般只有一个抗浮组合。

抗浮力组合系数：

默认按《抗浮标准》6.3.7取值，且每个系数都可以手工修改，可以满足不同工程的计算要求。抗浮力工况仅仅用于抗浮稳定验算。需要说明的是，其中“抗浮水”的系数默认取值抗浮稳定安全系数，抗浮稳定验算的时候，G/N里的抗力G值是乘以系数的值，而浮力N是不乘以系数的值。

图6 抗浮工况

恒载：

包括上部结构自重、基础自重及基础上布置的附加恒载。

覆土及永久堆积物：

程序分为上部结构输入的覆土或永久堆积物及基础上的覆土或永久堆积物。上部结构覆土或永久堆积物可在PM里的“自定义荷载工况”里定义布置，进行上部计算后，在“参数”“荷载工况”“荷载来源”里勾选“SATWE U覆土”或“SATWE U永久堆积物”。

图7 上部覆土输入与读取

地下室底板上或者室外挑出部分的覆土或永久堆积物，一般需要在JCCAD“筏板荷载”里定义布置。为了和基础里布置的荷载工况加以区分，程序会在读取的部分上部荷载工况前加上字母“U”，如“U覆土”表示上部结构计算传递的覆土。

图8 基础底板覆土输入

覆土一般按填筑体对待，所以程序里其抗浮力组合系数取值默认按表格6.3.7“填筑体”取值。

抗拔力：

通常指抗浮桩或者抗浮锚杆的抗拔承载力总值。在“桩”“定义布置”菜单下先定义抗浮桩或者锚杆，输入相应的抗拔承载力特征值，然后将桩或者锚杆布置在基础相应位置。按《抗浮标准》6.3.7规定抗拔力组合系数同结构自重取值一致，程序默认按表格6.3.7执行。

图9 抗浮桩及抗浮锚杆定义

6 抗浮区域布置与删除

根据《抗浮标准》6.1及6.4节相关规定，抗浮工程有些情况需要分区域验算各个区域的抗浮稳定性。

《抗浮标准》：

6.1.2建筑工程应进行下列抗浮稳定性验算(图6.1.2):

1 上部结构荷载不同分布区之间刚性连接且地下结构刚性底板的整体稳定性;

2 区域间(Ⅰ区+Ⅱ区、Ⅳ区+Ⅴ区)结构非刚性连接、荷载较小且各区地下结构刚性底板的区域整体稳定性;

3 抗震缝或变形缝分隔区(Ⅰ区、Ⅴ区)且地下结构刚性底板的区域整体稳定性;

4 后浇带或沉降缝分区(Ⅰ区+Ⅱ区、Ⅳ区+Ⅴ区)且地下结构刚性底板的区域整体稳定性;

5 不同地下结构底板刚度、不同基础形式分区(Ⅰ区+Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区+Ⅴ区)且区域地下结构刚性底板的局部稳定性。

程序在“筏板-编辑-板抗浮计算”菜单下可以同时布置多个抗浮区域进行抗浮验算。布置的抗浮区域可以通过“删除”菜单手工删除。

图10 抗浮区域布置与删除

抗浮区域布置后程序会自动将该区域的抗浮验算结果输出在基础平面图上。

图11 区域抗浮稳定验算结果显示

如果抗浮稳定验算结果为“不稳定”，此时表明计算结果不满足规范要求，通常要采取抗浮措施。抗浮措施可参考《抗浮标准》6.5节相关规定采取相应的抗浮治理措施。如果验算结果为“稳定”，则表示抗浮稳定验算满足规范要求。

7 抗浮计算书

程序可以提供WORD版本的计算结果文档、txt抗浮结果文档及输出抗浮验算结果图形文件。

抗浮验算结果文档：“板抗浮计算”菜单点“计算书”，输出WORD版本的每个抗浮区域的抗浮验算的详细过程及验算结果。

参 考 文 献

[1] JGJ476-2019建筑工程抗浮技术标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2020